\documentclass[letter,11pt,spanish]{article}
\usepackage[spanish]{babel}
\usepackage[latin1]{inputenc} 
\usepackage{graphicx}
\usepackage{anysize} 
\usepackage{multirow}	% Para poder unir filas en las tablas
\usepackage{colortbl}	% Para colorear tablas


\title{\huge{Laboratorio de Tecnolog\'ias de Informaci\'on\\
       Cinvestav - Tamaulipas\\}}
       
\author{  
\bf{\huge{Protocolo de tesis}} \\ \\ Tesista: \\ \\ Lorenzo Antonio Delgado Guillen \\ {\tt ldelgado@tamps.cinvestav.mx} \\ \\ \\ Director de tesis:\\ \\  Dr. Jos\'e Juan Garc\'ia Hern\'andez. \\ {\tt jjuan@tamps.cinvestav.mx}\\
 \\ \\ \\ \\ 2 de Diciembre 2011
}

\date{}
\marginsize{3cm}{2cm}{2cm}{3cm}
\setlength{\parskip}{\baselineskip}


\begin{document}
\maketitle

%\tableofcontents

\newpage





\section{Estado del Arte}
\subsection{Aplicaciones generales de marcas de agua digitales.}

El uso de marcas de agua digitales se ha incrementado en los \'ultimos tiempos, esto se comenz\'o a dar de una manera m\'as notoria a partir del a\~no 1998. En Bloom {\it et al.} \cite{Inge}, se puede observar de manera gr\'afica este factor y c\'omo el n\'umero anual de publicaciones de temas que utilizan esta tecnolog\'ia se ha ido incrementando. Las \'areas m\'as comunes donde se ha introducido esta tecnolog\'ia es en el procesamiento de datos tales como audio, v\'ideo e im\'agenes digitales. De igual manera durante varias d\'ecadas, las marcas de agua han desempe\~nado un papel fundamental en diferentes \'areas como las comunicaciones digitales, la estad\'istica, la teor\'ia de la informaci\'on, la optimizaci\'on, etc., las cuales han madurado considerablemente.


Una de las contribuciones en la comunicaci\'on digital por Mauro Barni y Franco Bartolini \cite{Mauro}, se centra principalmente en el modelado de marcas de agua como un problema de comunicaci\'on cl\'asica, donde la marca de agua es colocada en un canal (documento base) por medio de un modulador, la marca de agua es recuperada  por un receptor.  Gutierrez {\it et al.} \cite{Gutierrez} hacen una aportaci\'on la cual hace uso de marcas de agua digitales y t\'ecnicas de ocultamiento de la informaci\'on en dispositivos m\'oviles para la autenticaci\'on de datos, as\'i como el uso de marcas de agua para minimizar el tr\'afico en la red y el almacenamiento de datos. El enfoque propuesto est\'a enfocado principalmente al intercambio o transferencia de im\'agenes m\'edicas ya sea entre dos doctores o entre un doctor y un paciente.


Otra de las aportaciones relacionada con las comunicaciones fue realizada por Cox {\it et al.} \cite{Coxi}. En esta aportaci\'on se realiz\'o un estudio comparativo entre una se\~nal insertada o marca de agua y las comunicaciones. Se examinan las diferencias y similitudes entre las marcas de agua y las comunicaciones tradicionales. En el enfoque propuesto se se\~nala que el hecho de conocer los datos del lado del transmisor permite el dise\~no de algoritmos m\'as potentes para la inserci\'on de marcas de agua y es posible calcular la robustez de los datos con marcas de agua a los ataques posteriores, y maximizar la robustez con una limitaci\'on de distorci\'on espec\'ifica. 

De igual manera, el enfoque de los m\'etodos estad\'isticos, junto con las comunicaciones digitales, permite llevar a cabo un an\'alisis riguroso de rendimiento, proporcionando probabilidades de falsos positivos/negativos en las aplicaciones de detecci\'on Hernandez {\it et al.} \cite{Juan}, as\'i como la medici\'on de la probabilidad de error de codificaci\'on en la presencia de distorsiones en el canal Peres-Gonzalez {\it et al.} \cite{Fernando}.

Otra de las variantes son la optimizaci\'on y la teor\'ia de juegos, los cuales hicieron posible el modelado del problema de marcas de agua como un juego entre el que inserta la marca de agua y el atacante, donde se derivan ciertas estrategias \'optimas para insertar una se\~nal digital en la presencia de adversarios, en este esquema se propone el dise\~no de un sistema para minimizar la probabilidad de error en los peores ataques predefinidos \cite{Moulin}.

Por otro lado, el uso de marcas de agua digitales se puede considerar como una herramienta prometedora en la lucha contra la pirater\'ia de contenidos con derechos de autor de im\'agenes con movimiento. En Lubin {\it et al.} \cite{Lubin}, se describe un enfoque que utiliza esta tecnolog\'ia de tal manera que cumple con los requisitos de imperceptibilidad, recuperaci\'on fiable y seguridad contra ataques intencionados. El esquema est\'a basado en la robustez inherente e imperceptibilidad del espacio temporal de bajas frecuencias y en una t\'ecnica de inserci\'on de la marca de agua que hace que los ataques de interferencia sean demasiado costosos en la calidad de la imagen, incluso si el atacante tiene pleno conocimiento del algoritmo de inserci\'on. El material fue probado en una sala de cine de visualizaci\'on digital, donde se pudo probar su imperceptibilidad y su recuperaci\'on despu\'es de la captura de la exposici\'on con c\'amaras de v\'ideo y despu\'es de la introducci\'on de otras distorsiones tales como filtro pasa bajas, ruido, cambios geom\'etricos y la manipulaci\'on de brillo y contraste.


\subsection{Esquemas de marca de agua digitales en im\'agenes.}

Los sistemas de inserci\'on y detecci\'on de marca de agua digital en im\'agenes se pueden clasificar en dos clases: 1) los m\'etodos en el dominio espacial, Pitas \cite{Pitas} y 2) los m\'etodos en el dominio de la frecuencia, Cox {\it et al.} \cite{Cox,Icox,JJK}. Los m\'etodos en el dominio espacial integran los datos de marca de agua directamente en los p\'ixeles de la imagen. Este tipo de m\'etodos suelen ser r\'apidos y f\'aciles de implementar. Por el contrario, los m\'etodos en el dominio de la frecuencia suelen ser m\'as complicados pero m\'as lentos.

Fridrich {\it et al.} \cite{Jiri}, proponen un esquema de  marcas de agua para la verificaci\'on de autenticidad e integridad de los datos. El esquema propuesto surge por la necesidad de verificar el origen de los datos, adem\'as de que estos no hayan sido eliminados o modificados. Wong \cite{Wong}, propone un algoritmo de verificaci\'on de integridad de la imagen utilizando una llave p\'ublica de marca de agua, el cual es capaz de detectar cualquier cambio realizado en la imagen, incluyendo cambios en los valores de los p\'ixeles y el tama\~no de la imagen. Para los experimentos del algoritmo propuesto se utiliz\'o el algoritmo MD5 \cite{MD5} como una funci\'on hash, y el algoritmo de cifrado de llave p\'ublica RSA \cite{RSA}. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, debido a que el algoritmo fue capaz de detectar cualquier cambio en los valores de los p\'ixeles de la imagen, adem\'as de detectar cualquier cambio en el tama\~no de la imagen.

Cox {\it et al.} \cite{Cox}, presentan un algoritmo de marcas de agua digitales para im\'agenes, donde muchas de las propiedades del esquema presentado pueden ser adaptadas para ser implementadas  en audio, video y datos multimedia. La metodolog\'ia propuesta utiliza un vector gaussiano aleatorio para insertar la marca de agua en la propagaci\'on del espectro de manera imperceptible, y sostiene que la inserci\'on de una marca de agua bajo este r\'egimen hace que esta sea robusta para las operaciones de procesamiento de se\~nales como la compresi\'on con p\'erdida, filtrado y la conversi\'on digital-anal\'ogico y anal\'ogico-digital, etc., adem\'as de las transformaciones geom\'etricas como la translaci\'on, rotaci\'on, recorte y escalado. En su publicaci\'on menciona que la p\'erdida de datos usualmente ocurre en las componentes de altas frecuencias, de igual manera se recomienda que la marca de agua sea insertada en las componentes significativamente m\'as perceptibles del espectro de una imagen. Por lo tanto, para los experimentos del enfoque propuesto se ha insertado la marca de agua digital en la imagen en los 1000 mayores coeficientes de la Transformada Discreta de Cosenos (DCT).

Otro algoritmo de insercion y deteccion de marcas de agua digitales en im\'agenes es propuesto por Ridzon y Levicky \cite{Ridzon} en 2008. En la t\'ecnica propuesta se insertan dos marcas de agua en una misma imagen, una es utilizada como plantilla de sincronizaci\'on y otra que contiene la informaci\'on que se insertar\'a en la imagen original. Este esquema utiliza la combinaci\'on de la Transformada Discreta de Fourier (DFT) y el mapeo Log-polar (LPM). Las pruebas fueron realizadas con una sola imagen obteniendo resultados favorables despu\'es de someter la imagen a los ataques de escalamiento y rotaci\'on.

En la mayor\'ia de los casos la marca de agua invisible es la m\'as apropiada puesto que  el objetivo principal de muchas aplicaciones de marca de agua digital es que el usuario no perciba la diferencia  entre la imagen marcada y la original. Debido a esto surge la necesidad de implementar alg\'un m\'etodo  para medir la calidad perceptible de una imagen de manera objetiva, de tal manera que la utilidad de la informaci\'on para los usuarios no se vea afectada por el proceso de marcado. Uno de los m\'etodos m\'as ampliamente usados es la aproximaci\'on PSNR ({\it Relaci\'on Se\~nal a Ruido de Pico}) el cual es utilizado para medir en dB (decibeles) la calidad de una imagen. Esta aproximaci\'on normaliza la medida de la varianza de la se\~nal y calcula el logaritmo base 10 de esta relaci\'on \cite{Poljicak,Abbas}. PSNR se define como:\\


$PSNR = 10 . log \displaystyle \left({MAX^2 \over MSE} \right), $\\

Donde MAX es el posible valor m\'as alto en una imagen (usualmente 255), MSE denota el error cuadr\'atico medio definido como:

$MSE = {1 \over mn } \displaystyle \sum_{x=0}^{m-1} \sum_{y=0}^{n-1}  \parallel I_w (x,y)-I(x,y) \parallel^2 $,\\

Donde m y n son las dimensiones de la imagen, x e y son las coordenadas de la imagen, $I_w(x,y)$ es la imagen marcada, y $I(x,y)$ es la imagen sin marca. El PSNR es obtenido en decibeles, los valores por encima de 40 decibeles indican baja degradaci\'on, mientras que los valores por debajo de los 30 decibeles indican baja calidad \cite{Abbas}.

\subsection{Esquemas de marcas de agua digitales resistentes a transformaciones geom\'etricas.}

Una caracter\'istica muy importante de las marcas de agua digitales es la robustez, la cual es amenazada por diferentes transformaciones geom\'etricas. Estas transformaciones a\'un siguen siendo un problema para muchos algoritmos de marcas de agua utilizados actualmente. Ridzon y Levicky \cite{Radovan} en 2007, proponen un nuevo enfoque de marca de agua digital en im\'agenes para mejorar la robustez frente a estas transformaciones. En este enfoque se utiliza la Transformada Discreta  de Fourier (DFT) y el mapeo Log-polar (LPM) para la inserci\'on y detecci\'on de la marca de agua digital en una imagen. 
Para el proceso de inserci\'on de la marca de agua digital se utiliza una imagen en escala de grises  y una llave secreta, la cual es utilizada como inicializaci\'on del vector para la generaci\'on de la secuencia de  n\'umeros pseudoaleatorios. Esta secuencia se incluye en la parte baja de la marca de agua y posteriormente se obtiene el mapeo inverso Log-polar (ILPM). El ILPM transforma la secuencia insertada en la marca de agua en un anillo conc\'entrico, con la finalidad de insertar la marca de agua en la magnitud de las frecuencias medias del espectro de la DFT.
Para el proceso de detecci\'on no es necesario contar con la imagen original, la identificaci\'on de la marca se realiza mediante la correlaci\'on entre la marca de agua extra\'ida de la imagen marcada y la marca de agua original generada utilizando la llave secreta. Los resultados obtenidos muestran la robustez de la marca despu\'es de someter la imagen marcada a los ataques de rotaci\'on y escalado, el PSNR obtenido est\'a en un rango de 37.35 y 46.95 dB.

Un esquema similar al anterior es propuesto en el a\~no 2010 por Kang {\it et al.} \cite{Kang}, con la diferencia de que este esquema adem\'as de garantizar la robustez en contra de los ataques geom\'etricos tambi\'en garantiza la robustez en el proceso general de impresi\'on y escaneado de la imagen marcada. Este enfoque se basa en un mapeo uniforme log-polar (ULPM), que  remueve las distorisiones ocasionadas por la interpolaci\'on. Las pruebas se realizaron con un conjunto diferente de im\'agenes y \'estas fueron sometidas a una gran variedad de distorsiones geom\'etricas. Los resultados obtenidos de las pruebas realizadas muestran una excelente robustez despu\'es de que las im\'agenes fueron marcadas y sometidas a diferentes distorsiones y/o ataques geom\'etricos, entre ellas la impresi\'on y escaneado. El PSNR obtenido est\'a en el rango de 38.0 y 43.7 dB.

En Pitas \cite{Pitas}, se propone un m\'etodo para agregar marcas de agua en im\'agenes digitales en el dominio espacial. En este art\'iculo se analiza la eficiencia del algoritmo propuesto. Los resultados obtenidos despu\'es de haber aplicado el algoritmo a 3000 marcas de agua diferentes arrojaron un grado de certeza de $84.1$ y $90.5$\%. De igual manera tambi\'en se prob\'o mediante simulaci\'on que el m\'etodo es muy resistente a ataques de ruido aditivo en la imagen con marca de agua. Otra cuesti\'on importante reportada en este m\'etodo fue la resistencia de la marca de agua a la compresi\'on JPEG.

Muchas de las t\'ecnicas actuales utilizadas para insertar una marca de agua digital en una imagen han utilizado m\'etodos en el dominio de la frecuencia como la Transformada Discreta de Coseno (DCT) \cite{Cox,Icox}, la Transformada Discreta de Fourier (DFT) \cite{JJK} y la Transformada Discreta Wavelet (DWT) \cite{Mohammad}. Estas t\'ecnicas utilizan una llave de seguridad  para construir la marca de agua. Se ha descubierto que para que la marca de agua sea lo suficientemente robusta, \'esta debe ser insertada en los componentes perceptivos m\'as significativos de la imagen. Cox {\it et al.} \cite{Cox,Icox} recuperan la marca de agua de forma expl\'icita mediante una correlaci\'on entre la marca de agua recuperada de la imagen distorsionada con ruido y un conjunto de marcas de agua almacenadas en una base de datos.

Otra de las variantes es la transformada de Fourier-Mellin, la cual es una variante de la transformada de Fourier. Las versiones de la transformada de Fourier no  aparecen hasta finales de 1960. Entre los primeros investigadores que utilizaron una versi\'on de la transformada de Fourier-Mellin est\'an  Brousil, Zheng {\it et al.} \cite{Brousil,Zheng}. Estos investigadores utilizaron el mapeo de coordenadas log-polar mediante la combinaci\'on de la transformada de Fourier para lograr invariancia en el reconocimiento de im\'agenes en cuanto a translaci\'on, rotaci\'on y escalamiento.

En 1995 se combin\'o la transformada de Fourier-Mellin y una red neuronal. Raman y Desai \cite{Raman} proponen un m\'etodo para calcular la rotaci\'on, translaci\'on y escala (RST) invariantes. Usaron la magnitud de la transformada de Fourier-Mellin. En el esquema propuesto utilizaron un total de 6 im\'agenes para entrenar la red y 50 im\'agenes RST,  donde se logr\'o identificar que la imagen utilizada para realizar las pruebas pertenec\'ia a una de las 6 im\'agenes del conjunto de entrenamiento.

En 1997 \'O Ruanaidh y Pun \cite{Ruanaidh} consideran la fase de la transformada de Fourier-Mellin en su aplicaci\'on para poder recuperar la marca de agua en una imagen RST, incluso despu\'es de comprimir la imagen a JPEG en un 75\%. Un poco despu\'es, en el a\~no 2000, Ching-Yung {\it et al.} \cite{Ching},  estudiaron el uso de la creaci\'on de una firma \'unica de su marca de agua resistente a RST, los cuales utilizan la correlaci\'on para buscar la firma de la marca de agua, deduciendo que este proceso consume mucho tiempo de procesamiento ya que se tiene que girar el patr\'on de b\'usqueda en todos los \'angulos posibles con el fin de encontrar la marca de agua.

En el a\~no 2005 Xiaojun Qi y Ji Qi \cite{Xiaojun}, realizaron un importante trabajo en el cual se propone un m\'etodo para la protecci\'on de los derechos de autor de im\'agenes. El m\'etodo propuesto hace que la marca de agua digital insertada en una imagen sea resistente a los diferentes tipos de ataques geom\'etricos, en donde el contenido de la imagen est\'a representado por puntos importantes de caracter\'isticas. En este esquema, la inserci\'on y la detecci\'on de la marca de agua digital se realiza en las partes altamente texturizadas de la imagen, utilizando la DFT.

Los siguientes pioneros en la aplicaci\'on de la transformada de Fourier-Mellin fueron Robbins y Huang \cite{Robbins}. Ellos utilizaron la transformada discreta de Fourier junto con un muestreo logar\'itmico polar de una imagen para obtener una aproximaci\'on de la transformada de Mellin para corregir diferentes distorsiones \'opticas como el ruido.

El an\'alisis de componentes independientes (ICA) es considerado como uno de los m\'etodos m\'as poderosos y ampliamente utilizados para la realizaci\'on de la separaci\'on a ciegas de fuentes. Esta t\'ecnica se puede encontrar en diferentes \'areas como el procesamiento de audio, procesamiento de se\~nales biom\'edicas y procesamiento de im\'agenes. Dan Yu {\it et al.} \cite{Dan}, proponen una t\'ecnica para la inserci\'on y detecci\'on de una marca de agua digital en una imagen. Esta t\'ecnica est\'a basada en ICA. La inserci\'on de la marca es realizada en el dominio espacial de la imagen original, la detecci\'on de la marca de agua se realiza mediante el Principio de An\'alisis de Componentes (PAC) mediante una b\'usqueda a ciegas. Los resultados obtenidos en la evaluaci\'on muestran el buen desempe\~no del algoritmo propuesto y del esquema de extracci\'on basado en ICA. La idea b\'asica de este algoritmo es el uso de algunas im\'agenes concretas, como la clave y la marca de agua con el fin de crear una imagen marcada.

Mas adelante, Wang {\it et al.} \cite{Xiangyang}, proponen un esquema de marcas de agua basado en las caracter\'isticas de la imagen en contra de los ataques de desincronizaci\'on, donde se utiliza una t\'ecnica llamada detector Harris-Laplace para extraer los puntos caracter\'isticos m\'as robustos de la imagen. Los resultados muestran que el esquema propuesto es invisible y resistente tanto a los ataques geom\'etricos como al procesamiento m\'as com\'un de se\~nales, como el filtrado, la nitidez, la adici\'on de ruido, la compresi\'on JPEG, etc.

Otro de los trabajos, propuesto por Mohammad Reza Soheili en el a\~no 2010 \cite{Mohammad}, utiliza un esquema basado en DWT. En su trabajo propone la inserci\'on de un logo como marca de agua en diferentes sub-bloques de la imagen mediante la t\'ecnica de cuantificaci\'on. Para la detecci\'on de la marca se combinan los diferentes sub-bloques para formar la marca de agua extra\'ida. Para esto es necesario conocer el tama\~no de paso de la cuantizaci\'on, la dimensi\'on de los sub-bloques y el nivel de la transformada Wavelet, sin necesidad de contar con la imagen original. Las pruebas fueron realizadas con algunos ataques intencionados como la compresi\'on de la imagen, adici\'on de ruido "sal y pimienta", filtro mediana, recorte y escalamiento. Este esquema presenta la debilidad de no ser robusto a los ataques de rotaci\'on.

En el 2011 Poljicak {\it et al.} \cite{Poljicak}, proponen la implementaci\'on de un m\'etodo de marca de agua el cual es implementado en el dominio de la transformada de Fourier utilizado para insertar una marca de agua digital en una imagen invariante a RST. Despu\'es de la transformaci\'on, la marca de agua es distribuida en forma de anillo en las frecuencias medias de la imagen, ofreciendo una mayor imperceptibilidad de la marca. La t\'ecnica que se utiliz\'o consiste en generar la marca de agua e insertarla en la magnitud de la imagen. Para el proceso de detecci\'on se utiliz\'o la covarianza cruzada con un umbral de 0.25, las pruebas se realizaron con im\'agenes de 512 por 512 p\'ixeles, dando como conclusi\'on que la modulaci\'on de amplitud de medios tonos puede inducir la degradaci\'on irreversible de una imagen marcada y por lo tanto destruir la  marca de agua insertada.

\subsection{Esquemas de marcas de agua digitales implementados en dispositivos m\'oviles inteligentes.}


\bibliographystyle{IEEEtran}
\bibliography{Referencias/bibliografia}
\end{document}